[發明專利]一種三元鎳鈷錳復合材料、其制備方法與鋰離子電池

有效

• 申請號: 201811201678.0
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109192969B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 高圳;梅晶;商士波;唐澤勛;常敬航
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種三元鎳鈷錳復合材料的制備方法，包括以下步驟：A)利用直流輝光放電產生的等離子體處理金屬氧化物，得到含氧空位的金屬氧化物；將Ni_xCo_yMn_z(OH)₂和鋰源混合后固相燒結，得到三元鎳鈷錳基體材料；B)將所述含氧空位的金屬氧化物和所述三元鎳鈷錳基體材料在溶劑中混合，加熱攪拌，得到三元鎳鈷錳復合材料。本申請還提供了一種三元鎳鈷錳復合材料與一種鋰離子電池。本申請利用等離子體處理金屬氧化物制備出含氧空位的金屬氧化物，其包覆于三元鎳鈷錳基體材料表面，有利于提高材料的倍率性能、循環穩定性以及抵抗電解液的腐蝕性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制造技術領域，尤其涉及一種三元鎳鈷錳復合材料、其制備方法與鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為一種綠色能源，自從上世紀90年代初成功開發以來，就以比能量高、工作電壓高、應用溫度范圍寬、自放電率低、循環壽命長、無污染等獨特優勢而倍受關注。目前商品化的鋰離子電池正極材料主要為鎳鈷錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰等，其中鎳鈷錳酸鋰正極材料是一種具有層狀結構的正極材料，因其兼有鎳酸鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰的優點，價格便宜、合成方便，且由于國家政策管控，對能量密度要求越來越高，使得三元正極材料急需向高精尖方向發展。

目前三元正極材料存在的問題也比較突出，在充放電過程中一定會有Ni²⁺存在，由于Ni²⁺和Li⁺半徑相近，容易發生陽離子混排現象，導致層狀結構不穩定，鋰離子無法進行有效脫嵌，造成極化現象加劇，可逆容量衰減；在高電壓條件下，材料表面和電解液副反應加劇，導致材料結構發生相變，降低了電池的循環穩定性和安全性能，不利于三元材料在動力電池方向發展。

為了改善三元正極材料的倍率性能，提高材料循環穩定性能，一般存在幾種改性方法：合成工藝優化、摻雜、包覆以及既摻雜又包覆。研究表明適量的在三元正極材料表面包覆一層涂層，不僅可以改善材料動力學性能，增大鋰離子擴散系數，還能加強材料抗電解液腐蝕，提高材料的循環穩定性延長電池的使用壽命。由此，提供一種具有包覆層的三元正極材料是十分必要的。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種三元鎳鈷錳復合材料的制備方法，本申請制備的三元鎳鈷錳復合材料作為鋰離子電池的正極材料可顯著改善倍率性能、循環穩定性和高截止電壓下抗電解液的腐蝕能力。

有鑒于此，本申請提供了一種三元鎳鈷錳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

A)利用直流輝光放電產生的等離子體處理金屬氧化物，得到含氧空位的金屬氧化物；

將Ni_xCo_yMn_z(OH)₂和鋰源混合后固相燒結，得到三元鎳鈷錳基體材料；0.3≤x≤0.9，0.1≤y≤0.3，z＝1-x-y；所述Ni_xCo_yMn_z(OH)₂與所述鋰源的摩爾比為1：(1.05～1.15)；

B)將所述含氧空位的金屬氧化物和所述三元鎳鈷錳基體材料在溶劑中混合，加熱攪拌，得到三元鎳鈷錳復合材料。

優選的，所述金屬氧化物選自鋁的氧化物、鈦的氧化物、鎂的氧化物和鋯的氧化物中的一種或多種。

優選的，步驟A)中所述處理金屬氧化物的過程具體為：

在H₂/Ar氣氛和壓強為0.01～0.1個大氣壓的密閉腔內，在電極上施加直流電壓，當直流電壓達到350V時輝光放電產生等離子體；

將所述等離子體轟擊在所述金屬氧化物上達到離子注入，得到含氧空位的金屬氧化物。